Genetica oncologica

GENETICA ONCOLOGICA

Cos'è un tumore?

La definizione è variabile a seconda dello specialista che lo presenta. Dal punto di vista genetico, si può indicare come "amalgama molto eterogenea di sub-cloni con mutazioni differenti, seppur correlati, che possono variare in funzione al tempo e in risposta a terapie antitumorali".

Un tumore origina da cellule che, per diversi motivi, vanno incontro ad alterazioni che causano la proliferazione incontrollata delle stesse e/o delle cellule figlie. Queste ultime possono a loro volta andare incontro a mutazioni: le varianti di geni, oncogeni ed oncosoppressori diversi si accumulano e i cloni vanno incontro ad una selezione darwiniana, positiva o negativa.

Situazione dinamica:

Ci si trova di fronte ad una alcune varianti sono perse per evitare che la cellula non diventi eccessivamente mutata e vada perciò incontro a apoptosi. Le varianti aggiunte, soggette a selezione positiva, sono invece quelle che per esempio...

Permettono la migrazione delle cellule tumorali e la formazione di metastasi. Con "HALLMARKS" si intendono le caratteristiche proprie dei tumori:

• Capacità di sfuggire al controllo cellulare
• Capacità di sfuggire all'apoptosi
• Capacità di degradare la matrice extracellulare per formare metastasi
• Spostamento da un metabolismo basato sul ciclo di Krebs ad uno anaerobico

L'incidenza dei tumori non è costante nel tempo, ma aumenta in maniera significativa con l'età (soprattutto dopo i 40/50 anni). Questo accade per una riduzione delle capacità dei sistemi di riparo e del numero di cellule staminali (perciò sarà difficile per l'organismo rimpiazzare la sempre maggior quantità di cellule danneggiate o morte).

Sono anche evidenti differenze a livello etnico dell'incidenza tumorale. Questo è dovuto, oltre che ad un ovvio background genetico, ad elementi extragenetici, ambientali. Ad esempio

I tumori gastrointestinali sono meno frequenti nella popolazione giapponese probabilmente per la dieta ricca di pesce crudo, che sembra avere effetto protettivo sulla mucosa intestinale. Sembrano invece più predisposte alla maggior parte dei tumori le popolazioni ispaniche.¹

Geni protagonisti

Tra i geni associati ai tumori si distinguono due "famiglie":

• ONCOGENI => a livello fisiologico si trovano come "proto-oncogeni" e sono attivati da riarrangiamenti, duplicazioni geniche o amplificazioni; codificano per fattori di crescita, recettori di questi, proteine di trasduzione. Se mutati, contribuiscono alla proliferazione incontrollata della cellula. È sufficiente la mutazione ad un solo allele per provocare l'attivazione del gene (AD). Un esempio caratteristico è il gene ALK (chinasi correlata al linfoma anaplastico), driver in leucemie e tumori del sangue. Codifica per una tirosin-chinasi, un recettore che dimerizza, innesca una trasduzione.

¹ Fonte: [inserire fonte]

valle e ritorna alla conformazione originaria una volta che si rompe il legame con il ligando. Questo gene si trova sul cromosoma vicino ad EML-4. Nei pazienti con linfoma, una delezione di una parte di sequenza tra questi due geni gene fusione EML-4-ALK, provoca la formazione di un che provoca una overattivazione a valle del meccanismo di trasduzione del segnale di ALK. Recentemente è stato ribattezzato ALK come "gene della magrezza", poiché è molto espresso nei neuroni ipotalamici, controlla la lipolisi e se deleto/mutato determina uno scarso accumulo di tessuto adiposo nei tessuti periferici.

ONCOSOPPRESSORI => sono responsabili del controllo del ciclo cellulare e della morte per apoptosi, bilanciano gli eventuali scompensi dovuti agli oncogeni. Sono necessarie mutazioni in omozigosi su entrambi gli alleli per inattivarli (AR).

Gatekeepers -> controllo ciclo cellulare, morte, proliferazione, differenziazione

Caretakers -> sistemi di riparazione

del 20-25% è riscontrabile a livello germinale. Le mutazioni somatiche si verificano nelle cellule del corpo, mentre le mutazioni germinali si verificano nelle cellule uovo o spermatozoi e possono essere ereditate dai genitori. Le varianti nei tumori umani possono essere divise in due categorie principali: mutazioni puntiformi e mutazioni strutturali. Le mutazioni puntiformi coinvolgono un singolo nucleotide del DNA e possono causare la sostituzione di un amminoacido in una proteina, portando a un malfunzionamento della proteina stessa. Queste mutazioni possono essere causate da errori nella replicazione del DNA o da danni al DNA causati da fattori esterni come radiazioni o sostanze chimiche. Le mutazioni strutturali coinvolgono cambiamenti nella struttura del DNA, come la delezione o l'inversione di una porzione di DNA, o la fusione di due geni diversi. Queste mutazioni possono alterare la funzione normale dei geni coinvolti e possono portare alla formazione di proteine anomale o alla sovraespressione di geni che promuovono la crescita tumorale. Entrambe le categorie di mutazioni possono contribuire allo sviluppo dei tumori e possono essere bersagliate da farmaci antitumorali per bloccare la crescita e la diffusione delle cellule tumorali. In conclusione, comprendere le varianti genetiche nei tumori umani è fondamentale per lo sviluppo di terapie mirate e personalizzate per il trattamento del cancro.È egualmente divisibile tra varianti solo a livello germinale e varianti adentrambi i livelli. A livello tumorale non sono rare le aneuploidie (la trisomia 8 è la più frequente nei tumori prostatici) e le poliploidie, troppo deleterie a livello germinale, ma accettabili a livello somatico in mosaici per definizione. Meccanismi di attivazione oncogenica: - Traslocazioni / Riarrangiamenti chimerici => sintesi di proteine chimeriche con nuove caratteristiche (evento quindi favorito dal punto di vista evoluzionistico) t(9;22). Un esempio è la traslocazione bilanciata che provoca la formazione del gene ABL-BCR "Cromosoma Philadelphia" con l'overattivazione del nuovo gene => LEUCEMIA MIELOIDE CRONICA (farmaco specifico Imatinib). t(8;14). - Un altro caso è quello della traslocazione bilanciata che dà un derivato che coinvolge e overesprime c-myc => LINFOMA DI BURKITT. - Varianti missenso => possibile effetto Gain of Function gene KRAS.

Mutazione puntiforme sull'hotspot a livello del codone 12 deloverattiva il pathway di proliferazione cellulare e provoca neoplasia => TUMORECOLON-RETTO.

Zone Kataegis => hotspot mutazionali molto specifici, regioni più frequentemente mutate. Ovviamente le regioni differiscono a seconda del tumore.

Amplificazione genica HER2

Se si individua per esempio (tramite FISH) una overespansione di (fattore di crescita epidermico) a livello centromerico, probabilmente ci si troverà in presenza di un CARCINOMA MAMMARIO. In questo unico caso (non se il tumore è provocato da una mutazione di BCRA1) è possibile usare con successo il farmaco specifico Trastuzumab.

Mutazioni inserzionali => “jumping genes”, trasposoni come LINE o Alu possono essere retrotrascritti andando ad interrompere geni o enhancer sequenza LINE. Una inserita vicino ad APC ne provoca la disregolazione => ADENOCARCINOMA DEL RETTO.

OncomiRs => microRNA overattivati nei tumori

che operano legando e "oscurando" particolari sequenze, inattivando gli oncosopressori o i geni silencer che dovrebbero inattivare gli oncogeni- Meccanismi epigenetici => ipermetilazione (e silenziamento) dei oncosopressori, ipometilazione degli oncogeni3Di cosa si occupa la genetica oncologica? E' importante ricordare che solo una piccola frazione di tumori è caratterizzata da una storia famigliare tale da poter essere studiata da un genetista clinico: il 80-85% del totale dei casi di cancro è costituito da "tumori sporadici", nei quali altre alla genetica hanno un ruolo molto forte anche la componente ambientale extragenica. I due tipi di tumori presi in considerazione sono: - Sindromi tumorali (1-2%) => rare, varianti ad altissima penetranza (es. TP53 nella Sindrome di Li-Fraumeni o APC nella Sindrome FAP e nei tumori colon-rettali) - Tumori familiari (10-15%) => varianti a penetranza incompleta (es. le mutazioni di BRCA1/2 causative di

carcinomi mammari/prostatici/ovarici hanno una penetranza variabile dal 30% all'85%!) Comunque la componente ambientale entra in gioco anche in queste due ultime situazioni, in particolare per quanto riguarda la dieta ed il microbioma, che possono modificare il genoma a livello epigenetico.

Modello a "Doppio Hit" di Knudson Retinoblastoma, Osservando diverse famiglie affette da Knudson arrivò alle seguenti conclusioni:

• necessari 2 hit

Per sviluppare la patologia sono (cioè entrambi gli alleli devono essere mutati), poiché il gene coinvolto è un oncosoppressore.

• Se non è ereditato il primo hit, per sviluppare la patologia l'individuo deve "subire" due mutazioni, entrambe a livello somatico => cecità monolaterale a esordio tardivo (l'accumulo di varianti è un processo lento).
• Se un hit è già presente a livello germinale (variante di suscettibilità ereditata secondo un modello

Autosomico Dominante), è probabile che il secondo hit al livello somatico colpisca nei primi anni di vita su entrambi gli occhi => cecità bilaterale ad esordio precoce

Il secondo hit è una variante che provoca la perdita dell'eterozigosità. Per questo motivo, è poco probabile che sia una mutazione puntiforme analoga alla prima.

È più probabile un meccanismo di:

• Delezione dell'allele sano => LOH (Loss Of Heterozigosity)
• Eventualmente una duplicazione della sequenza mutata => parziale UPD (Disomia UniParentale) => "Copy Neutral" LOH (poiché non vi è materiale genetico mancante)

È inoltre possibile una ipermetilazione dell'allele wild type, che ne impedisce l'espressione.

Modello "Adenoma-Carcinoma" di Volgestein

Spesso si parla di sequenza tumorale, di evoluzione graduale di un tumore. Questo modello è anche chiamato "a hit multipli" ed oltre ad

essere applicato per il tumore del colon-retto (dove è stato studiato) è una caratteristica anche per esempio del tumore alla prostata.

gene APC,

1. Mutazione del coinvolto nel pathway wnt. Questa via di trasduzione, se attiva, provoca la frammentazione di una Beta-catenina, che entra nel nucleo ed agisce come fattore di trascrizione, andando a promuovere l'espressione di proteine per la proliferazione cellulare. Dal punto di vista macroscopico, le cellule epiteliali intestinali cambiano conformazione e sono dette "cripte aberranti" (ancora non maligne).

gene KRAS,

2. Mutazioni del (per errori nel sistema di riparazione BER, contro lo stress ossidativo) e forse di altri geni non ancora identificati. Istologicamente, le cripte diventano "adenomi", polipi che protrudono nella cavità intestinale.

gene TP53,